专利名称：便携通用型cpld/fpga教学实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学实验仪器，尤其是进行CPLD/FPGA技术领域开发的便携通用型实验仪。
背景技术：
目前在我国高校使用的许多CPLD/FPGA硬件开发平台装置一般都把CPLD/FPGA芯片下载和平台装置固定组合在一齐，这样做虽然使用方便，但其缺点也是明显的。主要表现在1.使用的CPLD/FPGA芯片集成度较低(< 6000门级)，难以进行较复杂的系统级电路设计；2.使用的CPLD/FPGA芯片管脚数量有限，通常不超过84脚，容易出现芯片功能未用尽而I/O引脚已不够使用的情况；3.由于CPLD/FPGA芯片固定设计在开发平台装置上面， 用户不能对所使用的CPLD/FPGA芯片进行更新与升级，限制了用户对CPLD/FPGA芯片选择自由；4. 一般的开发平台装置在设计上采用传统的接口，体积较大，使用外接电源供电，不便于学生在机房使用，也不便于课余时间的自主学习和携带。
发明内容本实用新型的目的就是向学生提供一个通过并行接口与PC机连接的集实验仪、 编辑、编译和下载于一体的教学实验装置，该实验装置具有通用性和便携性。该实验仪由核心板、通用扩展板和下载板三部分组成。核心板主要由相关的CPLD/ FPGA主控芯片的最小支撑电路和与扩展板相连的插座构成，通用扩展板主要由USB模块、 电源模块、二级管模块、LED动态显示模块、键盘模块、拨码开关模块、字符液晶显示模块、 LED点阵显示模块、UART异步串行通信模块、蜂鸣器电路、传感器模块、数据采集模块、PffM 模块、扩展接口等构成，下载板主要由信号缓存芯片74HCM4、并行接口、若干上拉电阻及电容构成。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是为了实现实验仪的通用性(即可移植性)，在结构上采用由核心板、通用扩展板和下载板三级结构的设计方案，实现硬件平台的灵活更换或升级；为了实现实验仪的使用便携性，实验仪的工作电源通过USB 口从 PC机取电，无需提供外接电源，电源模块有短路保护功能，实验板外观尺寸为18*15cm的 PCB线路板，下载口插座均设有防插反功能，便于学生下载操作和携带。该实验仪可以完成组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计和数字系统设计(如键盘、数码管、液晶、点阵屏、蜂鸣器、温度、小型电机、数据采集等外围接口的驱动)等共20多个的硬件实验。实验时只要将本实验仪的下载板接口与PC机的并行口相连后，在Quartus II环境下编写实验仪外围电路驱动程序，直接编辑、编译后，即可通过JTAG方式进行在线下载。本实用新型的优点在于1)、实验仪硬件平台采用三级结构设计，使用灵活、更新与升级方便。2)、实验仪体积小，接口连接方便，由USB 口从PC机取电，电源模块有短路保护功能，下载口插座均有防插反功能，从而便于学生下载操作和携带。3)、实验仪的通用扩展板基本上包含了逻辑电路和时序电路设计所需要的外围模块，在设计上考虑到CPLD/FPGA课程教学改革的需要，可完成不同难度的项目开发，有利于提高学生的动手实践能力和创新能力。
图1是本实用新型的通用扩展板结构示意图。图2是本实用新型的核心板结构示意图。图3是本实用新型的下载板结构示意图。
具体实施方式
便携通用型CPLD/FPGA教学实验仪由核心板、通用扩展板和下载板三部分组成。 核心板通过四排插针与通用扩展板上的相应四排插座相连；下载板通过10芯的JTAG插座与核心板下载口插针相连；核心板主要由相关的CPLD/FPGA主控芯片的最小支撑电路和四排引脚插针构成。如图1所示，为通用扩展板结构示意图，通用扩展板主要由USB模块、电源模块、二级管模块、LED动态显示模块、键盘模块、拨码开关模块、字符液晶显示模块、LED点阵显示模块、UART异步串行通信模块、蜂鸣器电路、传感器模块、数据采集模块、PWM模块、 扩展接口等构成；如图2所示，为核心板结构示意图，核心板上的主控芯片可以为Altera公司的支持JTAG下载的系列芯片，如MAX II系列的EPM1270T144、EPM7U8LS84等，外部晶振频率为可以使用高频，下载口为防插反的10芯JTAG 口插针；如图3所示，为下载板结构示意图，下载板主要由信号缓存芯片74HCM4、并行接口、防插反的10芯JTAG 口插座、若干上拉电阻及电容构成。实验仪直接采用USB总线提供的5V工作电源，通过保险丝和电源开关后，连接到电压转换芯片SPX1117，并转换生成3. 3V电源供核心芯片工作；通用扩展板中数据采集模块选用ADC0809芯片，可进行A/D转换实验；字符型液晶显示模块选用HD44780，可显示2 行16列字符；8*8单色LED点阵可显示简单汉字及字符；LED动态显示模块采用4位供阳数码管，可实现数字的动态扫描显示；传感器模块包括一线温度传感器和红外传感器，可进行温度测量、寻迹、避障等实验；UART异步串行通信模块由PC机RS232串行口经电平转换芯片MAX232与核心芯片的2个I/O 口线相连，实现UART异步串行通信；PWM模块主要是通过核心芯片的2个I/O 口输出相应频率实现对小型电机驱动。8个二级管模块中的小灯选用红、绿、黄三种颜色，配合交通信号灯项目的输出显示；键盘模块为8个单独按键，可与无源蜂鸣器相配合，实现数字电子琴项目的运行调试；拨码开关模块可提供8路逻辑电平信号输入，发光二极管模块、蜂鸣器电路、键盘模块和拨码开关模块均为常用元件，无须赘述。本实用新型可进行译码器、数据选择器、编码器、全加器、乘法器、除法器、计数器、 分频器、发光二极管控制、独立式键盘、蜂鸣器控制、LED动态显示控制、汉字显示控制、IXD 字符液晶显示、温度测量、简单的寻迹或避障、数字电子钟、UART异步串行通信、交通信号灯模拟、四路智能抢答器、信号发生器、多功能教室显示控制系统、小型电机驱动控制、信号采集等二十多个CPLD/FPGA实验。
权利要求1.一种便携通用型CPLD/FPGA教学实验仪，包括核心板、通用扩展板和下载板三部分组成，其特征在于核心板、通用扩展板和下载板都是独立的电路模块，下载板通过标准的 10芯口与核心板相连，核心板与通用扩展板之间设有四排台阶插座相连。
2.根据权利要求1所述的便携通用型CPLD/FPGA教学实验仪，其特征是采用三层结构设计以实现其通用性，支持2家以上国际知名CPLD/FPGA厂商的主流芯片，如Altera公司的 MAX II 系列的 EPM1270T144、EPM7U8LS84 等。
3.根据权利要求1所述的便携通用型CPLD/FPGA教学实验仪，其特征是核心板包括相关的CPLD/FPGA主控芯片的最小支撑电路和与通用扩展板相连的插座等，通用扩展板包括USB模块、电源模块、二级管模块、LED动态显示模块、键盘模块、拨码开关模块、字符液晶显示模块、LED点阵显示模块、UART异步串行通信模块、蜂鸣器电路、传感器模块、数据采集模块、PWM模块、扩展接口等，下载板包括信号缓存芯片74HCM4、并行接口、若干上拉电阻及电容等。
专利摘要本实用新型涉及一种教学实验仪器，尤其是进行CPLD/FPGA技术领域开发的便携通用型实验仪。实验仪由核心板、通用扩展板和下载板三部分组成，核心板主要由Altera公司的CPLD/FPGA主控芯片的最小支撑电路构成，通用扩展板主要由CPLD/FPGA的相关外围实验电路构成，下载板主要由信号缓存芯片74HC244构成。该实验仪采用三层结构设计以实现其通用性，便于系统更新与升级。实验仪的下载板与PC机的并行口相连后，可以直接在PC机的Quartus II环境下通过JTAG方式进行在线编程，集实验仪、编辑、编译和下载于一体。实验仪体积小，接口连接方便，直接通过USB口取电，能完成20多个逻辑电路和时序电路的硬件实验，有利于学生更好地掌握CPLD/FPGA原理及其开发技术，提高学生动手能力和创新能力。
文档编号G09B23/18GK202171889SQ20112002248
公开日2012年3月21日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者聂章龙 申请人:聂章龙